Az átviteli elektronmikroszkópos működési jellemzők
Bevezetés
Az elektronmikroszkóp és az optikai mikroszkóp képalkotási elve alapvetően megegyezik, a különbség az, hogy az előbbi elektronsugarat használ fényforrásként és elektromágneses teret lencseként. Ezen túlmenően, mivel az elektronnyaláb áthatoló ereje nagyon gyenge, az elektronmikroszkóphoz használt próbatestből ultravékony, körülbelül 50 nm vastagságú metszetet kell készíteni. Ezt a szeletet ultramikrotommal kell elkészíteni. Az elektronmikroszkóp nagyítása elérheti a közel egymilliószorosat is. Öt részből áll: megvilágítási rendszer, képalkotó rendszer, vákuumrendszer, rögzítési rendszer és tápegységrendszer. Ha fel van osztva: a fő része az elektronikus lencse és képalkotó rendszer. Elektronpisztolyok, kondenzátortükrök, mintakamrák, objektívlencsék, diffrakciós tükrök, közbenső tükrök, vetítőtükrök, fluoreszkáló képernyők és kamerák vákuumban.
Az elektronmikroszkóp egy olyan mikroszkóp, amely elektronokat használ egy tárgy belsejének vagy felületének feltárására. A nagy sebességű elektronok hullámhossza rövidebb, mint a látható fényé (hullám-részecske kettősség), és a mikroszkóp felbontását az általa használt hullámhossz korlátozza. Ezért az elektronmikroszkóp elméleti felbontása (kb. 0,1 nanométer) sokkal nagyobb, mint az optikai mikroszkópé. sebesség (kb. 200 nm).
A transzmissziós elektronmikroszkóp (röviden TEM), más néven transzmissziós elektronmikroszkóp [1] célja, hogy a felgyorsult és koncentrált elektronsugarat egy nagyon vékony mintára vetítse, és az elektronok a mintában lévő atomokkal ütközve irányt változtassanak. térszög-szórást előidézve. . A szórási szög nagysága összefügg a minta sűrűségével és vastagságával, így különböző világosságú és sötétségű képek képződhetnek, a képek pedig képalkotó eszközökön (például fluoreszcens képernyőkön, filmeken, fényérzékeny csatolóelemeken) jelennek meg. nagyítás és fókuszálás után.
Az elektron nagyon rövid de Broglie hullámhossza miatt a transzmissziós elektronmikroszkóp felbontása jóval nagyobb, mint az optikai mikroszkópé, amely elérheti a 0.1-0,2 nm-t, a nagyítás pedig kb. tízezer-milliószor. Ezért a transzmissziós elektronmikroszkópia segítségével megfigyelhető a minták finom szerkezete, akár egyetlen atomoszlop szerkezete is, amely több tízezerszer kisebb, mint az optikai mikroszkóppal megfigyelhető legkisebb szerkezet. A TEM fontos analitikai módszer számos fizikával és biológiával kapcsolatos tudományterületen, így a rákkutatásban, virológiában, anyagtudományban, valamint nanotechnológiában, félvezetőkutatásban stb.
Kis nagyításnál a TEM képalkotás kontrasztja elsősorban az anyag eltérő vastagságából és összetételéből adódó eltérő elektronabszorpcióból adódik. Ha nagy a nagyítási többszörös, az összetett ingadozások a kép fényerejében eltéréseket okoznak, ezért a kapott kép elemzéséhez szakmai tudás szükséges. A TEM különböző módozatainak használatával lehetőség nyílik a minta leképezésére kémiai tulajdonságai, krisztallográfiai orientációja, elektronszerkezete, a minta elektronikus fáziseltolódása és általában az elektronok abszorpciója alapján.
Az első TEM-et Max Knorr és Ernst Ruska fejlesztette ki 1931-ben, ez a kutatócsoport 1933-ban fejlesztette ki az első látható fényen túli felbontású TEM-et, 1939-ben pedig az első kereskedelmi TEM-et.
Nagy TEM
A nagyméretű transzmissziós elektronmikroszkópok (hagyományos TEM) általában 80-300kV elektronsugaras gyorsítófeszültséget használnak. A különböző modellek különböző elektronsugár-gyorsítási feszültségeknek felelnek meg. A felbontás az elektronnyaláb gyorsítási feszültségéhez kapcsolódik, amely elérheti a 0.2-0,1 nm-t. A csúcskategóriás modellek atomi szintű megkülönböztetést tudnak elérni.
Kisfeszültségű TEM
Az alacsony feszültségű kis TEM-ben (Low-Voltage elektronmikroszkóp, LVEM) használt elektronsugár-gyorsítási feszültség (5kV) jóval alacsonyabb, mint a nagy TEM-é. Az alacsonyabb gyorsítófeszültség növeli az elektronsugár és a minta közötti kölcsönhatás erősségét, ezáltal javítja a kép kontrasztját és kontrasztját, különösen alkalmas minták, például polimerek és biológia esetében; ugyanakkor az alacsony feszültségű transzmissziós elektronmikroszkóp kevésbé károsítja a mintát.
A felbontás kisebb, mint a nagy elektronmikroszkópé, 1-2nm. Az alacsony feszültség miatt a TEM, a SEM és a STEM egy készülékben kombinálható
Cryo-EM
A kriomikroszkópiát általában mintafagyasztó berendezéssel látják el a hagyományos transzmissziós elektronmikroszkópon, hogy a mintát folyékony nitrogén (77K) hőmérsékletre hűtsék, amely hőmérséklet-érzékeny minták, például fehérjék és biológiai szeletek megfigyelésére szolgál. A minta lefagyasztásával csökkenthető az elektronnyaláb károsodása a mintán, csökkenthető a minta deformációja, és valósághűbb mintaforma érhető el.
